JPH10243936A

JPH10243936A - 内視鏡装置

Info

Publication number: JPH10243936A
Application number: JP9051439A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Sato; 智夫佐藤
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】内視鏡装置において、生体患部の画像に等高
線を示すモアレ縞が重畳された画像を撮像する。【解決手段】赤外光に対してのみ格子パターンを形成
する格子31を通して、通常画像観察時には、可視光のみ
を光照射手段40により生体患部に照射する。生体患部で
反射した光を格子31を通して撮像素子12が受光すること
により、撮像手段10が生体患部の通常画像を撮像する。
モアレ縞観察時には、格子31を通して可視光と赤外光の
両方を光照射手段40により生体患部に照射する。生体患
部で反射した光を格子31を通して撮像素子12が受光する
ことにより、撮像手段10が通常画像にモアレ縞が重畳さ
れた生体患部の画像を撮像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡装置、特に
医療用内視鏡装置に関し、さらに詳細には、モアレ縞を
用いて３次元物体の形状認識、測定を行うことが可能な
内視鏡装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子内視鏡などの内視鏡装置が生体の治
療や検査に広く用いられている。従来の電子内視鏡によ
る診断は、光源からの光を光ファイバで内視鏡先端に導
光し、生体患部を照射し、その反射光をＣＣＤ等の撮像
素子により受光することにより行われている。従って、
患部の表面形状は、医師が撮像された画像の陰影、形等
に基づいて経験によって判断しているのが実状である。

【０００３】上述した従来の内視鏡装置を用いる診断に
おいては、検出対象となる患部は、粘膜質等の柔部組織
であり毛細血管が網羅されて、大部分が赤色を呈するた
め、検出器を通して監視される画像は、変化の見ずらい
単調な画像となる。従って、例えば患部に小さな腫瘍が
あった場合には、医師がその存在そのものを確認しにく
いばかりか、その腫瘍が突起しているのか、または陥没
しているのかの判別も極めて採りにくいという問題があ
った。

【０００４】この問題を解決するため、緑色のフィルタ
を通して画像にコントラストをつける方法が知られてい
るが、根本的な解決は得られておらず、かえって診断に
とって重要な要素である色情報が阻害されるという欠点
があった。

【０００５】このように従来の内視鏡装置では、患部の
色の判別は可能であるが、特に入り組んだ構造の組織や
器官を有する患部の突起やくぼみ部分が極めて読み取り
にくい画像しか得ることができず、診断・治療に重要な
形状情報を取得することが困難であった。上述した従来
の内視鏡装置が有する問題点を解決するため、生体患部
の３次元形状、構造を認識可能で、診断、治療効果の優
れた内視鏡装置の実現化が望まれており、その一例とし
て特開昭63-160634 号には、生体患部の照明および撮像
を、格子を通して行うことにより、通常画像に等高線を
示すモアレ縞が重畳された画像を撮像可能に構成した内
視鏡装置が開示されている。ここで通常画像とは、モア
レ縞を観察しない通常観察時に得られる画像をいう。

【０００６】この内視鏡装置により、従来のカラー画像
による通常観察時の表示画像の品質を保持しつつ、モア
レ縞を用いた等高線という直感性に強く訴える表示方法
で３次元形状を表す画像の認識が可能となり、また、等
高線の標高差を変化させたり、等高線をパターン計測す
るなどして患部の正確な大きさを知ることができ、診
断、治療に適する診断画像や情報を提供することが可能
となった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記モ
アレ縞を含む診断画像を撮像する内視鏡装置において
は、モアレ縞を発生させるための格子を撮像レンズの前
に配置しているため、カラー画像による通常観察を行う
際には格子により明るさの低下を生じ、S/N の低下等に
より通常観察時の表示画像の品質が悪化するという問題
がある。

【０００８】また、格子を撮像系レンズの近接位置に持
ってくることにより格子像を見えなくすることができる
ので、通常観察を行う際にこのような位置に格子を置く
ことによって格子の影を写すことなく通常観察時の表示
画像を得ることができるが、モアレ縞を含む診断画像と
通常観察時の表示画像とを適宜切り換えて診断しようと
する場合は、格子をその都度移動させなければならず、
しかも近接位置からモアレ縞を観察していた位置に正確
に戻すことは困難であり、このように切り換えて診断に
供しようとしたときには問題があった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、上記モアレ縞が重畳された診断画像を撮像する内
視鏡装置の改良に関するものであって、生体患部の３次
元形状や構造を認識可能であり、かつ、通常観察との切
り換えが容易でしかも通常観察時においても良好な画像
品質をもって表示し得る内視鏡装置を提供することを目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡装置は、
生体患部の照明および撮像を格子を通して行うことによ
り、前記生体患部の画像に等高線を示すモアレ縞が重畳
された画像を撮像する内視鏡装置であって、モアレ縞を
赤外光（近赤外光を含む。以下同様。）により形成させ
ることを特徴とするものである。すなわち、本発明の内
視鏡装置は、生体患部に、可視光のみ、または可視光と
赤外光の両方の何れかを選択的に照射することが可能な
光照射手段と、前記可視光および前記赤外光を検出する
ことが可能な撮像手段とを備え、前記格子が可視光のみ
を透過し赤外光を遮断する遮光部と、可視光と赤外光の
両方を透過する透過部とが交互に配列されて格子パター
ンを形成しているものであり、前記モアレ縞が赤外光に
より形成されるものであって、前記光照射手段が前記可
視光を照射しているときは、前記撮像手段が該可視光に
よる前記生体患部の通常画像を撮像し、前記光照射手段
が可視光と赤外光の両方を照射しているときは、前記撮
像手段が前記通常画像に前記モアレ縞が重畳された画像
を撮像することを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の内視鏡装置においては、前
記格子が、液晶シャッタにより構成されるものであるこ
とが望ましく、更には、この液晶シャッタが、前記遮光
部の格子幅および／または格子間隔を変更することが可
能なものであればなお良い。

【００１２】ここで、「遮光部の格子幅」とは、格子パ
ターンを形成する各遮光部の幅（太さ）をいう。また、
「格子間隔」とは、格子パターンを形成する各遮光部の
中心の距離である。

【００１３】一方、本発明の内視鏡装置においては、上
記いずれの場合においても、前記モアレ縞が前記生体患
部の反射光スペクトルの主たるピーク以外の可視領域の
波長の光により観察されることが望ましく、そのために
は、前記撮像手段が、前記反射光スペクトルの主たるピ
ーク以外の可視領域の波長の光と赤外光のみを受光する
受光素子を有するものであればよい。

【００１４】

【発明の効果】本発明による内視鏡装置によれば、モア
レ縞を赤外光により形成させるものであり、そのための
格子はこの赤外光のみに対して格子を形成するものであ
ればよい。したがって、通常画像観察用の可視光に対し
ては全く格子を形成させることがないから、通常画像時
には格子による光の損失がなく、明るさの低下に伴うS/
N の低下等の表示画像の品質が悪化するという問題も生
じない。

【００１５】また、赤外光の照射をオン／オフさせるだ
けで通常画像観察とモアレ縞が重畳された画像を切り換
えることができるから、これら画像を適宜切り換えて診
断しようとする場合においても、格子を近接位置／モア
レ観察位置にその都度移動させる必要もなく、かかる診
断を極めて容易に行うことができる。

【００１６】また、格子を液晶シャッタで構成すること
により、液晶の印加電圧パターンを変更することで、格
子幅や格子間隔を変更できる。これにより、生体患部の
形状に応じてモアレの等高線幅を容易に変更することが
できる。また、液晶シャッタの全面が赤外光を遮断する
ようにすることも可能であり、赤外光に対して格子パタ
ーンの形成、または、完全遮断を液晶に印加される電圧
パターンの変更のみで切り換えることができるから、純
電子的な方法により通常画像観察とモアレ縞観察を切り
換えることができ、その操作が簡単になると共に、装置
の信頼性も向上する。

【００１７】さらに、モアレ縞を視感度的に良好な緑色
で表示させることができるから、モアレ縞の空間分解能
をも向上させることが可能となる。

【００１８】従って、上記説明で明らかなように、本発
明による内視鏡装置によれば、従来の表示画像の品質を
保持しつつ、モアレ縞を用いた等高線という直感性に強
く訴える表示方法で画像の認識ができるため、診断し易
いモニター画像を提供することが可能となる。さらにま
た、これらのための構成も従来のモアレ観察用の装置と
同等であり、信頼性も向上し、特に特殊な装置を必要と
することもなく安価に実現することができるから、実用
上、工業上の価値は大きい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１(A) は本発明の実施の
形態である内視鏡装置の内視鏡先端の斜視図であり、同
(B) は同先端正面図であり、同全体断面の説明図であ
る。

【００２０】本発明の内視鏡装置により得られる画像パ
ターンは、３次元の表面形状が一目で分かり易い等高線
パターンの画像であり、この等高線パターンは、格子を
利用してモアレ縞を発生させることにより作り出される
もので、生体患部の標高ｈ_Nは、以下の式（１）で求め
られることが知られている（特開昭63-160634 号、第３
ページの式(A) 参照）。

【００２１】

【数１】

【００２２】本発明による実施の形態である内視鏡装置
は、生体患部の照明および撮像を格子を通して行うこと
により撮像される上記モアレ縞を利用して等高線を発生
させる内視鏡装置であって、撮像手段10、内視鏡本体3
4、円筒状の格子部35、可視光（波長400〜700μｍ程
度）および近赤外光（波長700 〜1200μｍ程度）を生体
患部に照射する光照射手段40とからなる。撮像手段10
は、レンズ系39、ＣＣＤ等の固体撮像素子12、および信
号処理手段14とからなる。

【００２３】内視鏡先端部においては、本体34の外側に
格子部35を筒方向（図1(C)矢印Ｘ方向）にスライド可能
に配されている。これによって、上記式（１）のｌを変
化させて等高線の間隔を適当に変化させることができ
る。この操作は予め数段階のｌ_i（i＝1,2,・・・・,n)の長
さを用意しておき、それをユーザーが選択することによ
り行うことができ、また、格子部35を連続スライドさせ
て、ｌの移動量を測定装置で測定することにより行うこ
ともできる。

【００２４】格子部35の先端正面には円筒の底部を司る
ように格子36が設けられている。格子36は、可視光およ
び近赤外光を透過する透過部36a と可視光を透過し近赤
外光を遮断（吸収）する遮光部36b とが交互に配列され
てストライプ格子パターンを形成している。遮光部36b
は、可視光を透過し近赤外光を遮断するものであればよ
く、本実施の形態では図２(B)に示すような光学的透過
特性を有する光学フィルタにより構成されており、例え
ばHOYA社製のHeat Absorbing Filter HA-30,HA-50 等
（望ましくはHA-50）が使用可能である。また、透過部
36a は可視光および近赤外光を透過するものであれば良
く、例えば波長 400〜1200μｍの光を透過する光学フィ
ルタあるいはBK-7等の光学ガラスが使用可能である。

【００２５】従って、可視光としては格子36がないのと
等価であり、一方、近赤外光が、上記説明におけるモア
レ縞を発生させる光として作用する。尚、本発明による
内視鏡装置においては、格子36は矩形格子に限らず、正
弦波格子やランダム格子等を目的に応じて使い分けるこ
ともできる。）内視鏡本体34の先端部には２つの照明窓
32および観察窓33が設けられており、この２つの照明窓
32の中点に観察窓33の中点が直線Ｚ上にあるように配さ
れている。また、観察窓33の中点と上記２つの照明窓32
の中点との距離は共にｄで同じである。さらに、格子36
と上記直線Ｚとは垂直に交わるように対向して配されて
いる。これにより、上記（１）式から明らかなように上
記２つの照明窓32の何れからでも同じ等高線が得られ
る。尚、照明窓32が２つあるのは、患部に対して斜めか
ら照射したときに患部に不完全照射部が残るのを防止し
たり、患部照明量が格子により低下するのを補うためで
あり、これらが問題とならない場合は、必ずしも照明窓
32を２つ設ける必要はない。

【００２６】光照射手段40は、照明窓32を点光源とする
ように白色光源（可視光および近赤外光を含む）41より
レンズ42、43を通してライトガイド37により照明窓32ま
で白色光を送る光アライメントとなっている。また、熱
線吸収フィルタ44がレンズ42と43との間に図示しない駆
動装置により挿入可能に配されている。

【００２７】以下、上記構成の内視鏡装置の作用につい
て詳細に説明する。最初に熱線吸収フィルタ44がレンズ
42と43との間に挿入されていない場合について説明す
る。可視光および近赤外光がライトガイド37を介して内
視鏡本体34の先端部まで導光され、照明窓32により点光
源とされる。

【００２８】照明窓32から発せられた可視光および近赤
外光は、格子36を通って患部を照射し、その反射光が再
度格子36を通ってレンズ系39に結像され、固体撮像素子
12によって患部の像が撮像される。

【００２９】固体撮像素子12の撮像面には青（Ｂ）、緑
（Ｇ）、赤（Ｒ）よりなる色モザイクフィルタが装着さ
れている。色モザイクフィルタの光学的透過特性はおよ
そ図３(A) に示す通りであり、ＢおよびＲの色フィルタ
はそれぞれの色の波長領域の光のみを透過するものであ
る。また、Ｇの色フィルタは、Ｇの波長領域の光のみな
らず近赤外光をも透過するものであり、例えばHOYA社製
のGreen Filter G-533,G-545 等（望ましくはG-533）
が使用可能である。

【００３０】従って、固体撮像素子12のＧの波長領域の
光を受光する受光素子（Ｇ画素）は、可視光の内のＧの
波長領域の光と共に近赤外光をも受光する。これにより
Ｇ画素の出力（Ｇ出力）には近赤外光によるモアレ縞を
担持するモアレ信号が含まれることとなる。

【００３１】このようにして固体撮像素子12によりＢ、
Ｒ、Ｇの各波長領域の成分と近赤外光の成分が検出さ
れ、各々の出力（Ｂ出力、Ｒ出力、Ｇ出力）が信号線16
を介して内視鏡本体34の後端まで送られ、信号処理部14
においてカラーマトリクス処理、エンコード処理等の所
定の信号処理を受ける。Ｂ、Ｒ、Ｇの各波長領域の成分
は可視光によるものであり、Ｂ出力、Ｒ出力、Ｇ出力の
各出力信号に上記信号処理を行うことにより通常画像信
号が生成される。また、上述のようにＧ出力には近赤外
光によるモアレ信号が含まれているため、通常画像信号
にはモアレ信号が重畳されることとなる。これによっ
て、可視光による患部の通常画像に、近赤外光による等
高線を示す緑色のモアレ縞が重畳されたカラーの可視画
像として図示しない画像表示手段に表示される。従っ
て、モアレ縞を用いた等高線という直感性に強く訴える
表示方法で画像の認識ができるため、診断し易いモニタ
ー画像を提供することが可能となる。

【００３２】また、人間の視感度はＧの波長領域に対し
て強く、通常画像の解像度は概ねＧの画素数に依存す
る。従って、上述のようにＧの受光素子を用いてＧの波
長領域の光と近赤外光を同一受光素子で受光してモアレ
縞を観察することにより、モアレ縞の空間分解能をも向
上させることが可能となる。

【００３３】だだし、必ずしもＧの受光素子を用いなけ
ればならないというものではなく、色フィルタを変更す
ることによりＢやＲの受光素子を用いてモアレ縞を観察
することも可能である。また、モアレ信号の含まれたＧ
出力等にのみ基づいて画像表示を行っても良い（この場
合は、モノカラーの画像となる。）。例えば、生体表面
は赤色系を呈している場合が多く反射光スペクトルの主
たるピーク波長が赤色領域にあるから、モアレ縞を赤色
で観察すると生体表面とモアレ縞との区別が付かない
が、肺のように白い組織（反射光スペクトルの主たるピ
ーク波長が特になく各色が均一）を観察する場合や、生
体以外に適用した場合においては、モアレ縞を赤色（場
合によっては青色）で観察することも可能である。

【００３４】次に熱線吸収フィルタ44をレンズ42と43と
の間に挿入した場合について説明する。通常画像撮像時
には駆動装置により熱線吸収フィルタ44がレンズ42と43
との間に挿入される。

【００３５】熱線吸収フィルタ44としては近赤外光を遮
断し可視光を透過するものであれば良く、例えば上記格
子36の遮光部36b に使用されている光学フィルタを使用
することができる。白色光のうち近赤外光が熱線吸収フ
ィルタ44により遮断されるため、熱線吸収フィルタ44を
透過した光は可視光のみとなり、この可視光のみがライ
トガイド37を介して内視鏡本体34の先端部まで導光さ
れ、照明窓32により点光源とされる。

【００３６】照明窓32から発せられた可視光は、格子36
を通過して患部を照射し、その反射光が再度格子36を通
ってレンズ系39に結像され、固体撮像素子12によって患
部の像が撮像される。これにより、上述のように可視光
によるＢ、Ｒ、Ｇの各波長領域の成分が受光され通常画
像信号が生成される。そして、このときは近赤外光が照
射されていないため、Ｇ出力にはモアレ信号は含まれ
ず、可視光による患部の通常画像のみが画像表示手段に
表示される。

【００３７】このため、熱線吸収フィルタ44をレンズ42
と43との間に挿入するか否かだけで、通常画像とモアレ
縞を含む画像との切り換えができるので、通常画像観察
時においても従来例のように格子部35をスライドさせる
必要がなくなる。従って、本装置の使用者（医師等）
は、スライド位置の調整などの煩雑さから開放され、両
画像を適宜切り換えて診断することが極めて容易とな
る。また、通常画像観察時においては、可視光は格子の
遮光部36b による明るさの低下を生じることがないか
ら、明るさの低下に伴う画像品質の低下を招くこともな
く、従来の画像品質を保持したまま通常画像を観察する
ことが可能となる。

【００３８】一方、格子36は印加電圧の有無によって光
の透過／遮断を制御し得る液晶シャッタによっても実現
することが可能である。すなわち、液晶シャッタが光を
透過させるときには可視光と近赤外光の両方を透過する
ようにし、遮断のときには可視光を透過し近赤外光を遮
断するようにする。また、この液晶シャッタは、印加電
圧のパターンによって液晶の配光パターンを変更し得る
ものであるから、液晶面の透過パターンを変更できるよ
うに印加電圧のパターンを変更させる手段を備える。す
なわち、液晶の印加電圧のパターンによって近赤外光に
対する格子パターンを形成させることができる（以下、
これを液晶格子という。）。

【００３９】これにより、液晶の印加電圧のパターンを
モアレ縞を観察するに適した格子パターンを形成するよ
うに印加することができ、例えば図４(A)〜(C)に示すよ
うに格子の遮光部の幅Ｗ（太さ）や格子間隔Ｐを自由に
変更することが可能となる。このように液晶シャッタを
格子36に使用すれば、印加電圧のパターンを変更するこ
とにより格子間隔Ｐ（式（１）におけるＳ₀ と等価）を
変更できる。従って、印加電圧のパターンを変更するこ
とにより等高線の間隔を適当に変化させることができ
る。しかも、この場合には格子部35を筒方向に移動させ
る必要もないから、等高線の間隔を変化させて観察する
ことが極めて容易である。

【００４０】また、液晶が光を遮断するときに、液晶面
の全面が近赤外光を遮断するように印加電圧のパターン
を形成することも可能である。従って、通常画像観察時
には液晶面の全面が近赤外光を遮断するように所定の電
圧パターンを液晶に印加し、液晶格子を透過した可視光
のみによって撮像を行い、一方、モアレ縞を観察すると
きには液晶面が近赤外光に対して格子パターンを形成す
るように所定の電圧パターンを液晶に印加し、液晶格子
を透過した可視光と近赤外光の両方によって撮像を行
う。このようにすれば、通常像観察時とモアレ縞観察時
に対応して光源を”可視光のみ”または”可視光と近赤
外光の両方”を選択できるようにする必要もないから、
光照射手段40を簡単な構成とすることができる。さら
に、液晶の印加電圧のパターンを変更するだけで通常像
観察とモアレ縞観察を切り換えることができ、しかも等
高線の間隔を変化させることもできるから、純電子的な
構成によって本発明にかかる内視鏡装置を実現すること
ができ、熱線吸収フィルタ44を抜入するという機械的駆
動による切り換えに対して装置の信頼性が向上する。

【００４１】また、本発明による内視鏡装置は、上述し
た実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術
思想を逸脱しない範囲内において種々の改良並びに設計
の変更が可能である。すなわち、通常画像を撮像する可
視光とは異なる波長領域の光でモアレ縞を撮像するもの
であって、このモアレ縞を通常画像に選択的に重畳する
ことが可能なものである限り、その手段は問わない。例
えば、上記説明は近赤外光によるモアレ縞を観察するも
のであるが、近赤外光に限らず可視光とは異なる波長の
光であればよい。このときには、使用される光の波長に
合わせて格子３６の遮光部、色モザイクフィルタ、熱線
吸収フィルタ等の光学特性を変更すればよい。また、上
記説明は”可視光のみ”または”可視光と近赤外光の両
方”を選択することが可能な光源を使用した場合につい
て説明しているが、必ずしもこのようなものに限られ
ず、”可視光のみ”または”可視光と近赤外光の両方”
を選択して撮像することが可能な撮像手段を使用するこ
とによっても同様の効果を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である内視鏡装置の内視鏡
先端の斜視図（Ａ）、先端正面図(B) 、全体断面の説
明図(C)

【図２】上記内視鏡装置に使用される格子の透過部およ
び遮光部の光学的透過特性を示す図

【図３】上記内視鏡装置に使用される撮像素子の色モザ
イクフィルタの光学的透過特性を示す図

【図4】上記内視鏡装置に適用可能な液晶シャッタによ
る格子の正面図(A)〜(C)

【符号の説明】

10 撮像手段 34 内視鏡本体 35 格子部 36 格子 40 光照射手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体患部の照明および撮像を格子を通し
て行うことにより、前記生体患部の画像に等高線を示す
モアレ縞が重畳された画像を撮像する内視鏡装置におい
て、前記生体患部に、可視光のみ、または可視光と赤外光の
両方の何れかを選択的に照射することが可能な光照射手
段と、前記可視光および前記赤外光を検出することが可能な撮
像手段とを備え、前記格子が可視光のみを透過し赤外光を遮断する遮光部
と、可視光と赤外光の両方を透過する透過部とが交互に
配列されて格子パターンを形成しているものであり、前
記モアレ縞が赤外光により形成されるものであって、前記光照射手段が前記可視光を照射しているときは、前
記撮像手段が該可視光による前記生体患部の通常画像を
撮像し、前記光照射手段が可視光と赤外光の両方を照射
しているときは、前記撮像手段が前記通常画像に前記モ
アレ縞が重畳された画像を撮像することを特徴とする内
視鏡装置。
【請求項２】前記格子が、液晶シャッタにより構成さ
れることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
【請求項３】前記液晶シャッタが、前記遮光部の格子
幅および／または格子間隔を変更することが可能なもの
であることを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置。
【請求項４】前記モアレ縞が前記生体患部の反射光ス
ペクトルの主たるピーク以外の可視領域の波長の光によ
り観察されることを特徴とする請求項１から３いずれか
１項記載の内視鏡装置。
【請求項５】前記撮像手段が、前記反射光スペクトル
の主たるピーク以外の可視領域の波長の光と赤外光のみ
を受光する受光素子を有することを特徴とする請求項４
記載の内視鏡装置。